KR101549532B1 - Apparatus for cooling of wind power generation - Google Patents

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Abstract

본 발명은 풍력 발전기의 냉각 장치에 관한 것이다. 본 발명은 작동 유체를 순환시켜 컨버터부에 발생된 열을 냉각시키는 냉각부, 및 컨버터부의 온도 변화량 및 전류량에 따라 작동 유체의 유속 및 온도를 제어하는 냉각 제어부를 포함한다.The present invention relates to a cooling device for a wind power generator. The present invention includes a cooling unit for cooling the heat generated in the converter unit by circulating the working fluid and a cooling control unit for controlling the flow rate and temperature of the working fluid according to the temperature change amount and the current amount of the converter unit.

Description

풍력 발전기의 냉각 장치{APPARATUS FOR COOLING OF WIND POWER GENERATION} [0001] APPARATUS FOR COOLING OF WIND POWER GENERATION [0002]

본 발명은 풍력 발전기의 냉각 장치에 관한 기술이다.The present invention relates to a cooling device for a wind power generator.

온실가스 배출의 규제 및 환경오염 억제의 필요성이 증대됨에 따라, 근래에 들어서 재생 에너지에 대한 관심 및 수요가 증가하고 있다. 재생 에너지는 태양열, 수력, 조력, 지열 및 풍력과 같은 자연 상태에서 만들어진 에너지를 말한다. As the need to regulate greenhouse gas emissions and control environmental pollution increases, interest and demand for renewable energy has increased in recent years. Renewable energy refers to energy produced in natural conditions such as solar, hydro, tidal, geothermal, and wind power.

풍력 발전 장치는 재생 에너지 중 풍력을 이용하여 전기를 생산하는 장치이다. 풍력 발전 장치는 화석연료를 사용하지 않으므로 근본적으로 환경오염을 일으키지 않으면서 전력을 생산할 수 있고, 자연에 존재하는 무한량의 에너지를 이용하므로 새로운 에너지 생산 장치로 각광받고 있다.Wind power generation equipment is a device that produces electricity using wind power among renewable energy. The wind power generation system can generate electricity without causing environmental pollution because it does not use fossil fuel, and it is attracting attention as a new energy production device because it uses infinite amount of energy existing in nature.

일반적으로 풍력 발전 장치는 가변적인 풍속 또는 유속 조건 등에 기인하는 가변 전압, 가변 주파수 특성을 갖는 1차 에너지를 전력 계통(Grid)에 공급하기 위해 정 전압, 정 주파수 특성을 갖는 2차 에너지로 변환하는 컨버터를 포함한다.Generally, a wind power generator converts a variable voltage and a primary energy having a variable frequency characteristic to a secondary energy having a constant voltage and a constant frequency characteristic in order to supply the power system (Grid) with a variable voltage or variable velocity or the like Converter.

이러한 컨버터에는 대용량의 전류가 흐르기 때문에 내부의 전력 반도체 소자나 계통 측 필터에 열이 발생한다. 특히, 전력 반도체 소자는 열에 의해 쉽게 수명이 저하되거나 파손될 수 있기 때문에, 냉각 시스템이 필수적으로 필요하다.Since a large amount of current flows through these converters, heat is generated in the power semiconductor element and the system side filter. In particular, a cooling system is indispensable because a power semiconductor device can easily be degraded or broken by heat.

그런데, 풍력 발전 장치는 풍속에 따라 발전량이 가변 되기 때문에 컨버터에 흐르는 전류의 양은 불규칙하다. 따라서, 전력 반도체 소자의 온도가 급격히 변화될 수 있다.However, the amount of electric current flowing through the converter is irregular because the amount of generated electricity varies depending on the wind speed of the wind power generator. Therefore, the temperature of the power semiconductor element can be rapidly changed.

예컨대, 발전량이 없고, 냉각 유닛이 약 30℃로 동작하고 있는 경우 전력 반도체 소자의 온도는 약 30℃로 유지된다. 이 상태에서 발전량이 증가할 경우 전력 반도체 소자의 온도는 전류 량의 제곱에 비례하여 점차 상승한다. 전력 반도체 소자의 온도가 최대 80℃까지 상승한 상태에서 풍속이 급격히 저하되어 발전량이 감소하는 경우 전력 반도체 소자의 온도는 80℃에서 30℃로 급격히 하강할 수 있다. For example, if there is no power generation and the cooling unit is operating at about 30 占 폚, the temperature of the power semiconductor device is maintained at about 30 占 폚. In this state, when the power generation amount increases, the temperature of the power semiconductor element gradually increases in proportion to the square of the current amount. The temperature of the power semiconductor device may drop sharply from 80 캜 to 30 캜 when the wind speed rapidly decreases and the power generation amount decreases in the state where the temperature of the power semiconductor device rises up to 80 캜.

이와 같이, 급격한 온도 변화로 전력 반도체 소자가 파손된 경우 전력 반도체 소자의 교체 비용이 발생한다. 일반적으로 1개의 컨버터 내부에는 다수의 전력 반도체 소자가 배치되므로 전력 반도체 소자의 교체 비용은 증가할 수 있다.As described above, when the power semiconductor element is broken due to abrupt temperature change, the replacement cost of the power semiconductor element occurs. In general, since a plurality of power semiconductor elements are disposed in one converter, the replacement cost of power semiconductor elements can be increased.

따라서, 전력 반도체 소자의 급격한 온도 변화를 방지할 수 있는 냉각 시스템이 필요하다.Therefore, there is a need for a cooling system that can prevent sudden temperature changes in power semiconductor devices.

일본공개특허번호 1993-168238Japanese Laid-Open Patent No. 1993-168238

본 발명의 실시 예는 컨버터에 흐르는 전류량 및 온도 변화량에 따라 냉각수의 유속 및 온도를 제어함으로써 전력 반도체 소자의 급격한 온도 변화를 방지할 수 있는 풍력 발전기의 냉각 장치를 제공한다.Embodiments of the present invention provide a cooling device for a wind power generator capable of preventing sudden temperature changes of a power semiconductor device by controlling the flow rate and temperature of cooling water according to the amount of current flowing through the converter and the amount of temperature change.

본 발명의 발전기로부터 출력되는 전압을 변환하여 계통부로 전달하고, 복수의 스위칭 소자를 포함하는 컨버터부를 포함하는 풍력 발전기의 냉각 장치에 있어서, 작동 유체를 순환시켜 상기 컨버터부에 발생된 열을 냉각시키는 냉각부; 및 상기 컨버터부의 온도 변화량 및 전류량에 따라 상기 작동 유체의 유속 및 온도를 제어하는 냉각 제어부를 포함한다.The present invention relates to a cooling device for a wind turbine generator including a converter section for converting a voltage output from a generator of the present invention to a system section and including a plurality of switching elements, Cooling section; And a cooling control unit for controlling the flow rate and temperature of the working fluid according to a temperature change amount and a current amount of the converter unit.

그리고, 상기 냉각 제어부는 상기 복수의 스위칭 소자 각각의 온도, 상기 컨버터부의 입력 전류 및 출력 전류를 이용하여 상기 온도 변화량 및 상기 전류량을 산출하는 모니터링부; 및 구동 모드시 상기 온도 변화량이 미리 설정된 제1 및 제2 기준 온도 사이의 범위 이내인지 여부를 판단하여 상기 작동 유체의 유속 및 온도를 제어하고, 정지 모드시 상기 온도 변화량이 미리 설정된 제3 기준 온도 미만인지 여부를 판단하여 상기 작동 유체의 유속 및 온도를 제어하는 구동 제어부를 포함한다.The cooling control unit may include a monitoring unit for calculating the temperature change amount and the current amount using the temperature of each of the plurality of switching elements, the input current and the output current of the converter unit, And controlling the flow rate and temperature of the operating fluid by determining whether the temperature change amount is within a range between a first reference temperature and a second reference temperature set in advance in a drive mode, And controlling a flow rate and a temperature of the working fluid.

그리고, 상기 제3 기준 온도의 절대 값은 상기 제1 및 제2 기준 온도의 절대 값보다 작게 설정된다. 또한, 상기 모니터링부는 미리 설정된 시간 동안 상기 복수의 스위칭 소자 중 가장 온도가 높은 스위칭 소자의 상기 평균 온도를 산출하고, 상기 가장 온도가 높은 스위칭 소자의 현재온도와 상기 평균 온도 간의 차이를 상기 온도 변화량으로 산출한다. 그리고, 상기 모니터링부는 상기 컨버터부의 입력 전류 및 출력 전류 중 크기가 큰 전류를 상기 전류량으로 산출한다.The absolute value of the third reference temperature is set to be smaller than the absolute value of the first reference temperature and the second reference temperature. The monitoring unit may calculate the average temperature of the switching device having the highest temperature among the plurality of switching devices for a preset time period and may calculate a difference between the current temperature of the switching device having the highest temperature and the average temperature, . The monitoring unit calculates a current having a large magnitude in the input current and the output current of the converter unit as the current amount.

또한, 상기 구동 제어부는 상기 온도 변화량이 상기 제1 기준 온도 이상이고, 상기 제2 기준 온도 미만인 경우 아래의 [수학식 1]에 따라 상기 작동 유체의 유속을 결정하는 풍력 발전기의 냉각 장치.Further, the drive control unit determines the flow rate of the working fluid according to the following equation (1) when the temperature change amount is equal to or higher than the first reference temperature and lower than the second reference temperature.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112013098727843-pat00001
Figure 112013098727843-pat00001

(여기서, 상기 상수는 상기 유속의 최대 유속에서 상기 최소 유속을 뺀 값에 의해 설정되는 값이고, 상기 현재 전류는 상기 전류량)Wherein the constant is a value set by a value obtained by subtracting the minimum flow velocity from a maximum flow velocity of the flow velocity,

그리고, 상기 냉각부는 상기 구동 유체의 온도를 상승시키는 발열 저항; 상기 구동 유체의 온도를 하강시키는 냉각팬; 및 상기 구동 유체를 유동시키는 냉각 펌프를 포함한다. 또한, 상기 구동 제어부는 상기 온도 변화량이 상기 제1 기준 온도 미만인 경우 상기 작동 유체의 유속을 미리 설정된 최소 유속으로 설정하고, 상기 발열 저항을 구동시킨다.The cooling unit may include a heating resistor for raising a temperature of the driving fluid; A cooling fan for lowering the temperature of the driving fluid; And a cooling pump for flowing the driving fluid. Further, the drive control unit sets the flow rate of the working fluid to a preset minimum flow rate when the temperature change amount is less than the first reference temperature, and drives the heating resistor.

그리고, 상기 구동 제어부는 상기 온도 변화량이 상기 제2 기준 온도 이상인 경우 상기 작동 유체의 유속을 미리 설정된 최대 유속으로 설정한다. 또한, 상기 구동 제어부는 상기 온도 변화량이 상기 제3 기준 온도 미만인 경우 상기 작동 유체의 유속을 미리 설정된 최소 유속으로 설정하고, 상기 발열 저항을 구동시킨다.The drive control unit sets the flow rate of the working fluid to a predetermined maximum flow rate when the temperature change amount is equal to or higher than the second reference temperature. Further, the drive control unit sets the flow rate of the working fluid to a preset minimum flow rate when the temperature change amount is less than the third reference temperature, and drives the heating resistor.

또한, 상기 구동 제어부는 상기 온도 변화량이 상기 제3 기준 온도 이상인 경우 상기 발열 저항, 상기 냉각팬 및 상기 냉각 펌프의 동작을 중지시킨다.Further, the drive control unit stops the operation of the heating resistor, the cooling fan, and the cooling pump when the temperature change amount is equal to or higher than the third reference temperature.

본 발명의 실시 예는 컨버터에 흐르는 전류량 및 온도 변화량에 따라 냉각수의 유속 및 온도를 제어함으로써 전력 반도체 소자의 급격한 온도 변화를 방지할 수 있다.The embodiment of the present invention can prevent a sudden temperature change of the power semiconductor element by controlling the flow rate and temperature of the cooling water according to the amount of current flowing through the converter and the amount of temperature change.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 풍력 발전기를 도시한 도면.
도 2는 도 1에 도시된 냉각 제어부(50) 및 냉각부(60)의 상세 블록도.1 shows a wind turbine according to an embodiment of the present invention;
Fig. 2 is a detailed block diagram of the cooling control unit 50 and the cooling unit 60 shown in Fig. 1. Fig.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention in the drawings, parts not related to the description are omitted. Like numbers refer to like parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it includes not only "directly connected" but also "electrically connected" with another part in between. Also, when a part is referred to as "including " an element, it does not exclude other elements unless specifically stated otherwise.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 실시 예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 풍력 발전기를 도시한 도면이다.1 is a view showing a wind turbine according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 풍력 발전기(1)는 발전기(10), 컨버터부(20), 필터부(30), 계통부(40), 냉각 제어부(50) 및 냉각부(60)를 포함한다. 1, a wind turbine generator 1 according to an embodiment of the present invention includes a generator 10, a converter unit 20, a filter unit 30, a system unit 40, a cooling control unit 50, (60).

발전기(10)는 바람에 의해 회전하는 복수의 블레이드의 회전력을 이용하여 전력을 생산한다. 발전기(10)는 가변 주파수의 3상 교류 전력을 생산할 수 있다.The generator (10) generates electric power by using the rotational force of a plurality of blades rotating by the wind. Generator 10 is capable of producing three-phase alternating current at a variable frequency.

컨버터부(20)는 발전기(10)에서 출력되는 전압을 계통부(40)에 적합한 전압으로 변환한다. 여기서, 컨버터부(20)는 제1 인버터(21), 캐패시터(C) 및 제2 인버터(23)를 포함한다. The converter unit 20 converts the voltage output from the generator 10 into a voltage suitable for the system unit 40. [ Here, the converter section 20 includes a first inverter 21, a capacitor C, and a second inverter 23.

제1 인버터(21)는 발전기(10)에서 생산되는 전력을 교류 전압에서 직류 전압으로 변환하여 캐패시터(C)에 저장한다. 제2 인버터(23)는 캐패시터(C)에 저장된 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 출력한다.The first inverter 21 converts the electric power generated by the generator 10 from an AC voltage to a DC voltage and stores the DC voltage in the capacitor C. The second inverter 23 converts the DC voltage stored in the capacitor C into an AC voltage and outputs the AC voltage.

여기서, 제1 인버터(21)는 스위칭 소자(211), 구동 회로(213), 온도 센서(215) 및 전류 센서(217)를 포함한다. 스위칭 소자(211)는 구동 회로(213)에 의해 온/오프 제어되고, 복수의 전력 반도체 소자를 포함할 수 있다.Here, the first inverter 21 includes a switching element 211, a driving circuit 213, a temperature sensor 215, and a current sensor 217. The switching element 211 is on / off controlled by the driving circuit 213 and may include a plurality of power semiconductor elements.

온도 센서(215)는 스위칭 소자(211)의 온도를 감지하여 온도 정보를 생성하고, 냉각 제어부(50)로 출력한다. 온도 센서(215)는 복수의 전력 반도체 소자 각각에 대응하여 배치될 수 있다. 전류 센서(217)는 제1 인버터(21)의 입력 전류로부터 얻어지는 q축 전류(Iq1)를 감지하여 제1 전류 정보를 생성하고, 냉각 제어부(50)로 출력한다.The temperature sensor 215 senses the temperature of the switching element 211, generates temperature information, and outputs the temperature information to the cooling controller 50. The temperature sensor 215 may be disposed corresponding to each of the plurality of power semiconductor elements. The current sensor 217 senses the q-axis current Iq1 obtained from the input current of the first inverter 21, generates the first current information, and outputs the first current information to the cooling control unit 50. [

제2 인버터(23)는 스위칭 소자(231), 구동 회로(233), 온도 센서(235) 및 전류 센서(237)를 포함한다. 스위칭 소자(231)는 구동 회로(233)에 의해 온/오프 제어되고, 복수의 전력 반도체 소자를 포함할 수 있다. 온도 센서(235)는 스위칭 소자(231)의 온도를 감지하여 온도 정보를 생성하고, 냉각 제어부(50)로 출력한다. 온도 센서(235)는 복수의 전력 반도체 소자 각각에 대응하여 배치될 수 있다. 전류 센서(237)는 제2 인버터(23)의 출력 전류로부터 얻어지는 q축 전류(Iq2)를 감지하여 제2 전류 정보를 생성하고, 냉각 제어부(50)로 출력한다.The second inverter 23 includes a switching element 231, a driving circuit 233, a temperature sensor 235 and a current sensor 237. The switching element 231 is on / off controlled by the driving circuit 233 and may include a plurality of power semiconductor elements. The temperature sensor 235 senses the temperature of the switching element 231, generates temperature information, and outputs the temperature information to the cooling controller 50. The temperature sensor 235 may be disposed corresponding to each of the plurality of power semiconductor elements. The current sensor 237 senses the q-axis current Iq2 obtained from the output current of the second inverter 23, generates second current information, and outputs the second current information to the cooling control section 50. [

본 발명의 실시 예에 따른 스위칭 소자(211, 231)는 GTO(gate turn-off thyristors), 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT; Insulated Gate Bipolar Transistor), IGCT(Integrated Gate Commutated Thyristors), BJT(Bipolar Junction Transistors), MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)를 포함할 수 있다. The switching elements 211 and 231 according to the exemplary embodiment of the present invention may be implemented using a variety of switching elements such as gate turn-off thyristors (GTO), insulated gate bipolar transistors (IGBTs), integrated gate commutated thyristors (IGCTs), bipolar junction transistors ), And MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor).

필터부(30)는 컨버터부(20)로부터 공급되는 교류 전압의 고조파를 필터링하여 계통부(40)에 전달한다. 계통부(40)는 전달된 교류 전압을 수용 장소까지 수송 및 배분하고, 풍력 발전기(1)의 운용을 위한 전원을 공급한다.The filter unit 30 filters the harmonic of the AC voltage supplied from the converter unit 20 and transmits the filtered harmonic to the system unit 40. The system section 40 transports and distributes the transmitted AC voltage to the housing site and supplies power for operation of the wind power generator 1. [

냉각 제어부(50)는 컨버터부(20)의 온도 변화량 및 전류량에 따라 컨버터부(20)를 순환하는 작동 유체의 유속 및 온도를 제어한다. 여기서, 작동 유체는 공기, 냉각수 및 열 매체유 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는 냉각수를 사용하는 경우를 예를 들어 설명한다. 또한, 냉각 제어부(50)는 컨버터부(20)를 제어하는 메인 제어부(미도시)에 포함될 수 있다. The cooling control unit 50 controls the flow rate and the temperature of the working fluid circulating through the converter unit 20 according to the temperature change amount and the current amount of the converter unit 20. Here, the working fluid may include at least one of air, cooling water, and heat medium oil. In the embodiment of the present invention, the case of using cooling water will be described by way of example. The cooling control unit 50 may be included in a main control unit (not shown) for controlling the converter unit 20.

냉각부(60)는 컨버터부(20)와 연결된 작동 유체 순환관(70, 80)을 통해 작동 유체를 순환시켜 컨버터부(20)로부터 발생된 열을 냉각시킨다. 여기서, 냉각부(60)는 공랭식 냉각기, 수냉식 냉각기 및 유냉식 냉각기 등 다양한 종류의 냉각기 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. The cooling unit 60 circulates the working fluid through the working fluid circulation pipes 70 and 80 connected to the converter unit 20 to cool the heat generated from the converter unit 20. Here, the cooling unit 60 may include at least one of various types of coolers such as an air-cooling type cooler, a water-cooled type cooler, and a lubricating type cooler.

도 2는 도 1에 도시된 냉각 제어부(50) 및 냉각부(60)의 상세 블록도이다.2 is a detailed block diagram of the cooling control unit 50 and the cooling unit 60 shown in FIG.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 냉각 제어부(50)는 모니터링부(51) 및 구동 제어부(53)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the cooling control unit 50 includes a monitoring unit 51 and a drive control unit 53 according to an embodiment of the present invention.

모니터링부(51)는 컨버터부(20)로부터 온도 정보, 제1 및 제2 전류 정보를 전달 받는다. 모니터링부(51)는 온도 정보로부터 스위칭 소자(211, 231) 중 가장 높은 온도의 스위칭 소자(이하, 제1 스위칭 소자라 함)를 검출한다. The monitoring unit 51 receives temperature information, first and second current information from the converter unit 20. The monitoring unit 51 detects a switching element of the highest temperature among the switching elements 211 and 231 (hereinafter referred to as a first switching element) from the temperature information.

그리고, 모니터링부(51)는 미리 설정된 시간 동안 제1 스위칭 소자의 평균 온도를 산출하고, 현재 검출한 제1 스위칭 소자의 온도(이하, 현재 온도라 함)와 평균 온도 간의 차이를 연산하여 온도 변화량을 출력한다. 여기서, 미리 설정된 시간은 1분 단위일 수 있다.The monitoring unit 51 calculates the average temperature of the first switching device for a predetermined time, calculates the difference between the temperature of the first switching device (hereinafter referred to as the current temperature) and the average temperature, . Here, the predetermined time may be a unit of one minute.

모니터링부(51)는 제1 및 제2 전류 정보로부터 q축 전류(Iq1, Iq2)를 검출하고, 검출된 q축 전류(Iq1, Iq2)의 크기를 비교한다. 비교 결과, q축 전류(Iq1, Iq2)중 크기가 큰 전류를 현재 전류로 설정한다.The monitoring unit 51 detects the q-axis currents Iq1 and Iq2 from the first and second current information, and compares the magnitudes of the detected q-axis currents Iq1 and Iq2. As a result of comparison, a current having a larger magnitude is set as the current among the q-axis currents Iq1 and Iq2.

또한, 모니터링부(51)는 컨버터부(20)의 구동 여부를 감지하여 모드 정보를 생성하고, 구동 제어부(53)에 출력한다. 여기서, 모드 정보는 컨버터부(20)가 구동하는 구동 모드 및 컨버터부(20)가 구동하지 않는 정지 모드를 포함한다. The monitoring unit 51 senses whether the converter unit 20 is driven, generates mode information, and outputs the generated mode information to the drive control unit 53. Here, the mode information includes a drive mode in which the converter unit 20 is driven and a stop mode in which the converter unit 20 is not driven.

구동 제어부(53)는 구동 모드시 온도 변화량이 미리 설정된 제1 및 제2 기준 온도 사이의 범위 이내인지 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 작동 유체의 유속 및 온도를 제어한다. 여기서, 제1 기준 온도는 -5℃이고, 제2 기준 온도는 5℃일 수 있다. 제1 및 제2 기준 온도의 절대 값은 동일하게 설정될 수 있다.The drive control unit 53 determines whether the temperature change amount in the drive mode is within the range between the preset first and second reference temperatures, and controls the flow rate and temperature of the working fluid according to the determination result. Here, the first reference temperature may be -5 占 폚, and the second reference temperature may be 5 占 폚. The absolute values of the first and second reference temperatures may be set equal.

구체적으로, 구동 제어부(53)는 온도 변화량이 제1 기준 온도 이상이고, 제2 기준 온도 미만인 경우 아래의 [수학식 1]에 따라 작동 유체의 유속을 설정한다. 그리고, 구동 제어부(53)는 설정된 유속에 따라 냉각 인버터(65)를 제어한다. Specifically, when the temperature change amount is equal to or higher than the first reference temperature and lower than the second reference temperature, the drive control section 53 sets the flow rate of the working fluid according to the following equation (1). Then, the drive control section 53 controls the cooling inverter 65 in accordance with the set flow rate.

Figure 112013098727843-pat00002
Figure 112013098727843-pat00002

여기서, 최소 유속은 50lpm(liter per minutes)으로 설정될 수 있고, 상수는 최대 유속에서 최소 유속을 뺀 값에 의해 설정될 수 있다. 예컨대 최대 유속이 235lpm인 경우 상수는 185lpm으로 설정될 수 있다. Here, the minimum flow rate can be set to 50 lpm (liter per minute), and the constant can be set by the maximum flow rate minus the minimum flow rate. For example, if the maximum flow rate is 235 lpm, the constant may be set to 185 lpm.

또한, 구동 제어부(53)는 온도 변화량이 제1 기준 온도 미만인 경우 작동 유체의 유속을 미리 설정된 최소 유속으로 설정하고, 최소 유속에 따라 냉각 인버터(65)를 제어한다. 그리고, 구동 제어부(53)는 발열 저항(61)을 구동시켜 작동 유체의 온도를 일정 온도 상승시킨다.The drive control unit 53 sets the flow rate of the working fluid to a predetermined minimum flow rate when the temperature change amount is less than the first reference temperature and controls the cooling inverter 65 according to the minimum flow rate. Then, the drive control section 53 drives the heat generating resistor 61 to raise the temperature of the working fluid by a predetermined temperature.

그리고, 구동 제어부(53)는 온도 변화량이 제2 기준 온도 이상인 경우 작동 유체의 유속을 미리 설정된 최대 유속으로 설정하고, 최대 유속에 따라 냉각 인버터(65)를 제어한다.When the temperature change amount is equal to or higher than the second reference temperature, the drive control section 53 sets the flow rate of the working fluid to a preset maximum flow rate and controls the cooling inverter 65 according to the maximum flow rate.

한편, 구동 제어부(53)는 정지 모드시 온도 변화량이 미리 설정된 제3 기준 온도 미만인지 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 작동 유체의 유속 및 온도를 제어한다. 여기서, 제3 기준 온도의 절대 값은 제1 및 제2 기준 온도의 절대 값보다 작게 설정될 수 있다. 예컨대, 제3 기준 온도는 -2℃일 수 있다.On the other hand, the drive control unit 53 determines whether the temperature change amount in the stop mode is less than a third reference temperature set in advance, and controls the flow rate and temperature of the working fluid according to the determination result. Here, the absolute value of the third reference temperature may be set to be smaller than the absolute value of the first and second reference temperatures. For example, the third reference temperature may be -2 [deg.] C.

구동 제어부(53)는 온도 변화량이 미리 설정된 제3 기준 온도 미만인 경우 작동 유체의 유속을 최소 유속으로 설정하고, 최소 유속에 따라 냉각 인버터(65)를 제어한다. 그리고, 구동 제어부(53)는 발열 저항(61)을 구동시켜 작동 유체의 온도를 일정 온도 상승시킨다.The drive control unit 53 sets the flow rate of the working fluid to the minimum flow rate and controls the cooling inverter 65 according to the minimum flow rate when the temperature change amount is less than the third reference temperature set in advance. Then, the drive control section 53 drives the heat generating resistor 61 to raise the temperature of the working fluid by a predetermined temperature.

또한, 구동 제어부(53)는 온도 변화량이 미리 설정된 제3 기준 온도 이상인 경우 발열 저항(61), 냉각팬(63) 및 냉각 인버터(65)의 동작을 정지시킨다. 즉, 바람이 불지 않아 발전기(10)가 동작하지 않는 정지 모드에서는 컨버터부(20)에 열이 발생하지 않으므로 구동 제어부(53)는 컨버터부(20)의 냉각을 중지시킨다.Further, the drive control section 53 stops the operation of the heat generating resistor 61, the cooling fan 63 and the cooling inverter 65 when the temperature change amount is equal to or higher than a preset third reference temperature. That is, in the stop mode in which the generator 10 is not operated due to the wind being blown, no heat is generated in the converter unit 20, so that the drive control unit 53 stops the cooling of the converter unit 20.

한편, 냉각부(60)는 발열 저항(61), 냉각팬(63), 냉각 인버터(65), 냉각 모터(67) 및 냉각 펌프(69)를 포함한다. 발열 저항(61)은 스위칭 소자(미도시)에 의해 선택적으로 폐회로 연결되고, 발열 저항(61)에 전류가 흐르면 작동 유체의 온도가 일정 온도만큼 상승될 수 있다.The cooling section 60 includes a heat generating resistor 61, a cooling fan 63, a cooling inverter 65, a cooling motor 67, and a cooling pump 69. The heating resistor 61 is selectively closed by a switching element (not shown). When a current flows through the heating resistor 61, the temperature of the working fluid can be raised by a certain temperature.

냉각팬(63)은 외부의 공기를 이용하여 작동 유체의 온도를 일정 온도만큼 하강시킨다. 냉각팬(63)은 구동 모드시 최대로 동작하고, 정지 모드시 온도 변화량에 따라 선택적으로 동작한다. 냉각 인버터(65)는 냉각 모터(67)의 속도를 제어하고, 냉각 모터(67)는 냉각 펌프(69)의 구동을 제어한다. 냉각 펌프(69)는 작동 유체 순환관(70, 80)을 통해 작동 유체를 유동시킨다.The cooling fan 63 uses external air to lower the temperature of the working fluid by a predetermined temperature. The cooling fan 63 operates at maximum in the drive mode and selectively operates in accordance with the temperature change amount in the stop mode. The cooling inverter 65 controls the speed of the cooling motor 67 and the cooling motor 67 controls the driving of the cooling pump 69. The cooling pump 69 allows the working fluid to flow through the working fluid circulation pipes 70 and 80.

즉, 본 발명의 실시 예는 발전기(10)가 구동하는 구동 모드시 냉각 제어부(50)는 제1 스위칭 소자의 현재 온도가 평균 온도보다 5℃ 이상 상승하면 냉각수의 유속을 최대로 하고, 5℃ 미만으로 하강하면 냉각수의 유속을 최소로 한다. 그 외의 온도인 경우에는 컨버터부(20)의 전류량에 따라 유속을 결정한다. That is, in the embodiment of the present invention, when the present temperature of the first switching device rises by 5 ° C or more from the average temperature, the cooling control part 50 in the drive mode in which the generator 10 is driven maximizes the flow rate of the cooling water, , The flow rate of the cooling water is minimized. And determines the flow rate in accordance with the amount of current of the converter section 20 in the case of other temperatures.

또한, 발전기(10)가 구동하지 않는 정지 모드시 스위칭 소자(211, 231)의 온도 변화량이 크지 않으므로 냉각 제어부(50)는 구동 모드에 비해 온도 변화 범위를 작게 설정하고, 스위칭 소자(211, 231)의 온도가 낮아지는 것을 방지한다.Since the temperature change amount of the switching elements 211 and 231 in the stop mode in which the generator 10 is not driven is not large, the cooling control section 50 sets the temperature change range to be smaller than the drive mode and the switching elements 211 and 231 ) From being lowered.

즉, 제1 스위칭 소자의 현재 온도가 평균 온도보다 -2℃ 미만으로 하강하면 냉각수의 유속을 최소로 하고, 발열 저항(61)을 통해 냉각수의 온도를 상승시킨다. 그 외의 경우에는 냉각부(60)의 동작을 정지시킨 상태로 유지한다. 따라서, 컨버터부(20)의 스위칭 소자(211, 231)의 온도가 급격히 변하는 것을 방지할 수 있다.That is, when the current temperature of the first switching element is lower than the average temperature by less than -2 DEG C, the flow rate of the cooling water is minimized and the temperature of the cooling water is raised through the heating resistor 61. [ In other cases, the operation of the cooling unit 60 is stopped. Therefore, it is possible to prevent the temperature of the switching elements 211 and 231 of the converter section 20 from rapidly changing.

한편, 본 발명의 실시 예는 풍력 발전 장치를 예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 선박용 모터 드라이브 등 다른 냉각 시스템에서도 적용될 수 있다.While the embodiment of the present invention has been described by way of example with reference to a wind turbine generator, the present invention is not limited thereto and may be applied to other cooling systems such as a ship motor drive.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It belongs to the scope of right.

10: 발전기
20: 컨버터부
30: 필터부
40: 계통부
50: 냉각 제어부
60: 냉각부10: generator
20: Converter section
30:
40:
50: Cooling control section
60: cooling section

Claims (11)

삭제delete 작동 유체를 순환시켜 컨버터부에 발생된 열을 냉각시키는 냉각부; 및
상기 컨버터부의 온도 변화량 및 전류량에 따라 상기 작동 유체의 유속 및 온도를 제어하는 냉각 제어부를 포함하고,
상기 냉각 제어부는
상기 복수의 스위칭 소자 각각의 온도, 상기 컨버터부의 입력 전류 및 출력 전류를 이용하여 상기 온도 변화량 및 상기 전류량을 산출하는 모니터링부; 및
구동 모드시 상기 온도 변화량이 미리 설정된 제1 및 제2 기준 온도 사이의 범위 이내인지 여부를 판단하여 상기 작동 유체의 유속 및 온도를 제어하고, 정지 모드시 상기 온도 변화량이 미리 설정된 제3 기준 온도 미만인지 여부를 판단하여 상기 작동 유체의 유속 및 온도를 제어하는 구동 제어부
를 포함하는 풍력 발전기의 냉각 장치.A cooling unit circulating the working fluid to cool the heat generated in the converter unit; And
And a cooling control unit for controlling a flow rate and a temperature of the working fluid according to a temperature change amount and an amount of current of the converter unit,
The cooling control unit
A monitoring unit for calculating the temperature change amount and the current amount using the temperature of each of the plurality of switching elements, the input current and the output current of the converter unit; And
Wherein the controller controls the flow rate and the temperature of the working fluid by determining whether the temperature change amount is within a range between a first reference temperature and a second reference temperature in a driving mode, And controls the flow rate and the temperature of the working fluid,
And a cooling device for cooling the wind turbine. 제2 항에 있어서,
상기 제3 기준 온도의 절대 값은 상기 제1 및 제2 기준 온도의 절대 값보다 작게 설정되는 풍력 발전기의 냉각 장치.3. The method of claim 2,
Wherein an absolute value of the third reference temperature is set to be smaller than an absolute value of the first and second reference temperatures. 제2 항에 있어서,
상기 모니터링부는
미리 설정된 시간 동안 상기 복수의 스위칭 소자 중 가장 온도가 높은 스위칭 소자의 평균 온도를 산출하고, 상기 가장 온도가 높은 스위칭 소자의 현재온도와 상기 평균 온도 간의 차이를 상기 온도 변화량으로 산출하는 풍력 발전기의 냉각 장치.3. The method of claim 2,
The monitoring unit
Wherein the control unit calculates the average temperature of the switching elements having the highest temperature among the plurality of switching elements for a predetermined time and calculates the difference between the current temperature of the switching element having the highest temperature and the average temperature, Device. 제2 항에 있어서,
상기 모니터링부는
상기 컨버터부의 입력 전류 및 출력 전류 중 크기가 큰 전류를 상기 전류량으로 산출하는 풍력 발전기의 냉각 장치.3. The method of claim 2,
The monitoring unit
And calculates a current having a larger magnitude from the input current and the output current of the converter section as the current amount. 제2 항에 있어서,
상기 구동 제어부는
상기 온도 변화량이 상기 제1 기준 온도 이상이고, 상기 제2 기준 온도 미만인 경우 아래의 [수학식 1]에 따라 상기 작동 유체의 유속을 결정하는 풍력 발전기의 냉각 장치.
[수학식 1]
Figure 112013098727843-pat00003

(여기서, 상기 상수는 상기 유속의 최대 유속에서 상기 최소 유속을 뺀 값에 의해 설정되는 값이고, 상기 현재 전류는 상기 전류량)3. The method of claim 2,
The drive control unit
Wherein the flow rate of the working fluid is determined according to the following equation (1) when the temperature change amount is equal to or higher than the first reference temperature and lower than the second reference temperature.
[Equation 1]
Figure 112013098727843-pat00003

Wherein the constant is a value set by a value obtained by subtracting the minimum flow velocity from a maximum flow velocity of the flow velocity, 제2 항에 있어서,
상기 냉각부는
상기 구동 유체의 온도를 상승시키는 발열 저항;
상기 구동 유체의 온도를 하강시키는 냉각팬; 및
상기 구동 유체를 유동시키는 냉각 펌프
를 포함하는 풍력 발전기의 냉각 장치.3. The method of claim 2,
The cooling unit
A heating resistor for raising a temperature of the driving fluid;
A cooling fan for lowering the temperature of the driving fluid; And
A cooling pump
And a cooling device for cooling the wind turbine. 제7 항에 있어서,
상기 구동 제어부는
상기 온도 변화량이 상기 제1 기준 온도 미만인 경우 상기 작동 유체의 유속을 미리 설정된 최소 유속으로 설정하고, 상기 발열 저항을 구동시키는 풍력 발전기의 냉각 장치.8. The method of claim 7,
The drive control unit
And sets the flow rate of the working fluid to a preset minimum flow rate when the temperature change amount is less than the first reference temperature to drive the heating resistor. 제7 항에 있어서,
상기 구동 제어부는
상기 온도 변화량이 상기 제2 기준 온도 이상인 경우 상기 작동 유체의 유속을 미리 설정된 최대 유속으로 설정하는 풍력 발전기의 냉각 장치.8. The method of claim 7,
The drive control unit
And sets the flow rate of the working fluid to a predetermined maximum flow rate when the temperature change amount is equal to or higher than the second reference temperature. 제7 항에 있어서,
상기 구동 제어부는
상기 온도 변화량이 상기 제3 기준 온도 미만인 경우 상기 작동 유체의 유속을 미리 설정된 최소 유속으로 설정하고, 상기 발열 저항을 구동시키는 풍력 발전기의 냉각 장치.8. The method of claim 7,
The drive control unit
And sets the flow rate of the working fluid to a preset minimum flow rate when the temperature change amount is less than the third reference temperature to drive the heating resistor. 제7 항에 있어서,
상기 구동 제어부는
상기 온도 변화량이 상기 제3 기준 온도 이상인 경우 상기 발열 저항, 상기 냉각팬 및 상기 냉각 펌프의 동작을 중지시키는 풍력 발전기의 냉각 장치.8. The method of claim 7,
The drive control unit
And stops the operation of the heat generating resistor, the cooling fan, and the cooling pump when the temperature change amount is equal to or higher than the third reference temperature.
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JP5373018B2 (en) * 2011-09-20 2013-12-18 株式会社日立製作所 Wind power generation system

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